佢哋將玻色-愛因斯坦凝聚體放喺一個唔隨時間改變嘅保守阱入面,再用一道精細調校過嘅光學激光牆,將嚿原子雲分割成一個觀察到嘅「光明」區域同一個觀察唔到嘅「黑暗」區域,啲原子可以透過量子隧穿效應或者跨過屏障,喺兩個區域之間穿梭。最關鍵嘅係,成個系統嘅「精細熵」(fine-grained entropy)係恆定不變嘅,呢個正正係封閉孤立系統嘅特徵。所以,光明區域嘅「粗粒熵」(coarse-grained entropy)有任何變化,都一定係因為同隱藏嘅黑暗區域交換咗熵。
當系統密封好同分割好之後,團隊開始追蹤光明區域嘅演化,結果發現咗一連串同宇宙學驚人相似嘅現象。
光明區域隨住原子穿過激光屏障,會重複咁膨脹然後再塌縮,呢個循環模仿咗宇宙學上嘅「反彈」模型。團隊將原子剛剛開始進入光明區域嘅一刻詮釋為「大爆炸」,而當所有原子完全返番去黑暗區域嘅時候,就標誌住一次「大擠壓」。呢種反彈循環重複咗好多次,等於喺實驗室入面創造咗一段微型、重複播放嘅宇宙歷史。
從呢種原子嘅潮汐漲退,研究人員定義咗一種叫「熵時間」嘅概念。因為成個系統嘅熵係守恆嘅,原子喺兩個區域之間嘅定向流動,會喺光明區域創造出一股可以量度、單向嘅熵流。呢股熵流就係一個可靠嘅內部時鐘,仲展現咗幾個好驚人嘅特性:
當原子喺光明同黑暗區域之間嘅分佈最終穩定落嚟,唔再改變嘅時候,熵交換就會停止。由呢一刻開始,喺被觀察嘅區域嘅角度睇,時間就有效咁停頓咗落嚟——呢個正正係真實宇宙理論預言嘅「熱寂」結局嘅一個類比。
呢個實驗嘅重要性在於,佢將一個根基性嘅問題由純理論推敲,搬到實證物理嘅範疇。透過分割一個封閉嘅量子系統,然後觀察時間係點樣純粹由熵動力學入面浮現出嚟,團隊為「關係性時間」嘅建構提供咗第一個受控嘅測試平台。佢哋嘅發現支持咗一個諗法:時間並唔係一個基本、外在嘅舞台背景,而係一種熱力學現象,當一個觀察者(就好似實驗入面區分出光明同黑暗區域咁)從一個更大、無時間性嘅整體入面劃分出子系統嘅時候,時間就會隨之誕生。呢個檯面微型宇宙,而家為探索真實宇宙嘅物理學,提供咗一個全新嘅實證窗口。
佢哋將玻色-愛因斯坦凝聚體放喺一個唔隨時間改變嘅保守阱入面,再用一道精細調校過嘅光學激光牆,將嚿原子雲分割成一個觀察到嘅「光明」區域同一個觀察唔到嘅「黑暗」區域,啲原子可以透過量子隧穿效應或者跨過屏障,喺兩個區域之間穿梭。最關鍵嘅係,成個系統嘅「精細熵」(fine-grained entropy)係恆定不變嘅,呢個正正係封閉孤立系統嘅特徵。所以,光明區域嘅「粗粒熵」(coarse-grained entropy)有任何變化,都一定係因為同隱藏嘅黑暗區域交換咗熵。
當系統密封好同分割好之後,團隊開始追蹤光明區域嘅演化,結果發現咗一連串同宇宙學驚人相似嘅現象。
光明區域隨住原子穿過激光屏障,會重複咁膨脹然後再塌縮,呢個循環模仿咗宇宙學上嘅「反彈」模型。團隊將原子剛剛開始進入光明區域嘅一刻詮釋為「大爆炸」,而當所有原子完全返番去黑暗區域嘅時候,就標誌住一次「大擠壓」。呢種反彈循環重複咗好多次,等於喺實驗室入面創造咗一段微型、重複播放嘅宇宙歷史。
從呢種原子嘅潮汐漲退,研究人員定義咗一種叫「熵時間」嘅概念。因為成個系統嘅熵係守恆嘅,原子喺兩個區域之間嘅定向流動,會喺光明區域創造出一股可以量度、單向嘅熵流。呢股熵流就係一個可靠嘅內部時鐘,仲展現咗幾個好驚人嘅特性:
當原子喺光明同黑暗區域之間嘅分佈最終穩定落嚟,唔再改變嘅時候,熵交換就會停止。由呢一刻開始,喺被觀察嘅區域嘅角度睇,時間就有效咁停頓咗落嚟——呢個正正係真實宇宙理論預言嘅「熱寂」結局嘅一個類比。
呢個實驗嘅重要性在於,佢將一個根基性嘅問題由純理論推敲,搬到實證物理嘅範疇。透過分割一個封閉嘅量子系統,然後觀察時間係點樣純粹由熵動力學入面浮現出嚟,團隊為「關係性時間」嘅建構提供咗第一個受控嘅測試平台。佢哋嘅發現支持咗一個諗法:時間並唔係一個基本、外在嘅舞台背景,而係一種熱力學現象,當一個觀察者(就好似實驗入面區分出光明同黑暗區域咁)從一個更大、無時間性嘅整體入面劃分出子系統嘅時候,時間就會隨之誕生。呢個檯面微型宇宙,而家為探索真實宇宙嘅物理學,提供咗一個全新嘅實證窗口。